Un nuevo estudio publicado en la revista Nature Astronomy apunta que un agujero negro puede crecer rápidamente en el centro de su galaxia de acogida si una galaxia cercana emite suficiente radiación para desactivar su capacidad de formar estrellas.
Así, la galaxia de acogida crece hasta su eventual colapso, formando un agujero negro que se alimenta del gas restante, y más tarde, del polvo, de las estrellas moribundas y posiblemente de otros agujeros negros, para llegar a ser gigante.
El trabajo ha sido realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Dublín, la Universidad de Columbia, Georgia Tech y la Universidad de Helsinki, en el que añaden pruebas a una teoría de cómo estos antiguos agujeros negros, alrededor de mil millones de veces más pesado que el Sol, pueden haberse formado y rápidamente adquirir peso.
La aparición de agujeros negros supermasivos en los albores del universo ha desconcertado a los astrónomos desde su descubrimiento hace más de una década. Se cree que un agujero negro supermasivo se forma durante miles de millones de años, pero más de dos docenas de estos gigantes han sido avistados en 800 millones de años del Big Bang hace 13.800 millones de años.
El coautor del estudio Zoltan Haiman, profesor de astronomía en la Universidad de Columbia, ha afirmado que "el colapso de la galaxia y la formación de un agujero negro de un millón de partículas solares tarda 100.000 años, un destello en el tiempo cósmico" y que "unos cuantos cientos de millones de años más tarde, se ha convertido en un agujero negro supermasivo de más de mil millones de masa solar, mucho más rápido de lo esperado".
En el universo primitivo, las estrellas y las galaxias se formaron como hidrógeno molecular enfriado y desinflado un plasma primordial de hidrógeno y helio. Este ambiente habría limitado los agujeros negros de crecimiento muy grande como el hidrógeno molecular que convirtió el gas en estrellas lo suficientemente lejos para escapar de la atracción gravitacional de los agujeros negros. Los astrónomos han descubierto varias maneras en las que los agujeros negros supermasivos podrían haber superado esta barrera.
VARIOS ESTUDIOS ANTERIORES
En un estudio de 2008, Haiman y sus colegas plantearon la hipótesis de que la radiación de una galaxia vecina masiva podría dividir el hidrógeno molecular en hidrógeno atómico y causar que el agujero negro naciente y su galaxia huésped colapsen en lugar de generar nuevos grupos de estrellas.
Un estudio posterior dirigido por Eli Visbal, entonces investigador postdoctoral en Columbia, calculó que la galaxia cercana tendría que ser al menos 100 millones de veces más masiva que el sol para emitir suficiente radiación para detener la formación de estrellas. Aunque relativamente raras, suficientes galaxias de este tamaño existen en el universo temprano para explicar los agujeros negros supermasivos observados hasta ahora.
El estudio actual, dirigido por John Regan, investigador postdoctoral en la Universidad de Dublín de Irlanda, modeló el proceso utilizando el software desarrollado por Columbia Bryan, e incluye los efectos de la gravedad, la dinámica de fluidos, la química y la radiación.
Después de varios días de crujir los números en un supercomputador, los investigadores encontraron que la galaxia vecina podría ser más pequeña y más cercana de lo que se había estimado anteriormente. "La galaxia cercana no puede estar demasiado cerca, o demasiado lejos, y al igual que el principio Goldilocks, demasiado caliente o demasiado frío", ha explicado el coautor del estudio John Wise, profesor asociado de astrofísica en Georgia Tech.
El estudio actual, dirigido por John Regan, un investigador postdoctoral en la Universidad de Dublín, Irlanda, intentó modelar el proceso. Usando simulaciones para medir cómo la radiación de una galaxia influyó en la formación de agujeros negros en la otra, los investigadores encontraron que la galaxia vecina podría ser más pequeña y más cercana de lo que se había estimado anteriormente.
"La galaxia cercana no puede estar demasiado cerca, o demasiado lejos, y al igual que el principio de Goldilocks, demasiado caliente o demasiado frío", ha señalado el coautor del estudio John Wise, profesor asociado de astrofísica en Georgia Tech.
Aunque los agujeros negros masivos se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias en el universo maduro, incluyendo la propia Vía Láctea, son mucho menos comunes en el universo infantil. Los primeros agujeros negros supermasivos fueron vistos por primera vez en 2001 a través de un telescopio en el Observatorio Apache Point de Nuevo México como parte de la Sloan Digital Sky Survey.
Los investigadores esperan poner a prueba su teoría cuando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, el sucesor de Hubble, entre en línea el próximo año y retransmita imágenes desde el primer universo.
Otros modelos de cómo estos gigantes antiguos evolucionaron, incluyendo uno en el cual los agujeros negros crecen al fusionarse con millones de pequeños agujeros negros y estrellas, esperan más pruebas. "Entender cómo se forman los agujeros negros supermasivos nos dice cómo las galaxias, incluyendo la nuestra, se forman y evolucionan, y en última instancia, nos dice más sobre el universo en el que vivimos", ha concluido Regan, de la Universidad de la Ciudad de Dublín.
